模块二 常用机构-《机械常识与维修基础》同步教学（劳保版，第二版）

模块二 常用机构 122 课题一　铰链四杆机构 课题二　凸轮机构 课题三　变速和变向机构 3 课题一 铰链四杆机构 123 7 学习目标 1．能区分铰链四杆机构的基本类型。 2．能明确铰链四杆机构的特点。 3．了解铰链四杆机构的演化历程。 124 2  相关知识 一、铰链四杆机构的特点及组成 由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连杆机构构件的形状多种多样，不一定为杆状，但从运动原理来看，均可用等效的杆状构件来替代。 工程上最常用的平面连杆机构是铰链四杆机构，如图所示，它由四个杆件组成，杆件间为转动副连接，其主要优点是结构简单，制造容易，工作可靠，能够实现多种运动规律和运动轨迹。 125 2 在铰链四杆机构中，固定不动的构件 4 称为机架，不与机架直接相连的构件 2 称为连杆，与机架相连的构件1、3 称为连架杆。 126 铰链四杆机构的名称 2 二、铰链四杆机构的基本类型 1．曲柄摇杆机构 铰链四杆机构中，若两个连架杆中的一杆为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构，曲柄和摇杆均能作为主动件。 127 雷达 缝纫机踏板机构 2 2．双曲柄机构 铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄称为双曲柄机构。 如图所示的惯性筛机构，原动机带动一个曲柄等速转动，通过连杆带动另一个曲柄非等速转动，滑块变速运动，实现筛床的筛分工作。 128 惯性筛机构 机车车轮的联动装置 2 3．双摇杆机构 铰链四杆机构的两个连架杆均为摇杆称为双摇杆机构。如图所示的港口起重机采用的就是双摇杆机构，当摇杆 AB 和 CD 摆动时，使连杆 CB的延长点 M 做近似于水平直线的运动。 129 港口起重机 2 三、铰链四杆机构类型的判别 铰链四杆机构中是否存在曲柄，主要取决于机构中各杆的相对长度和机架的选择。铰链四杆机构存在曲柄，必须同时满足下面两个条件： 1．连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 2．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和。 根据曲柄存在条件，可得出铰链四杆机构三种基本类型的判别方法，见下表。 130 2 131 铰链四杆机构三种基本类型的判别方法（LAD 为最长杆，LAB 为最短杆） 2 四、铰链四杆机构的演化 通过改变铰链四杆机构中某些构件的形状、相对长度、运动副的尺寸，或选择不同构件作为机架等方法，可得到四杆机构的一些演化形式。 如图所示的曲柄摇杆机构中，当摇杆 3 的长度增至无穷大时，铰链 C 的运动轨迹将变成直线，摇杆 CD 演化为直线运动的滑块，由原来的转动副变为移动副，机构就演化为曲柄滑块机构，即发动机的曲柄连杆机构。 132 曲柄滑块机构的演化过程 2 五、铰链四杆机构的特性 1．急回特性 如图所示曲柄摇杆机构，当曲柄整周回转时，摇杆在 C1D 与 C2D 两极限位置之间往复摆动。当摇杆在 C1D、C2D两极限位置时，曲柄与连杆共线，对应两位置所夹的锐角称为极位夹角，用θ表示。 133 曲柄摇杆机构 2 当主动件曲柄沿逆时针方向等角速度连续转动，由 AB1 位置转到 AB2 位置时，转角为 180°+θ，摇杆由 C1D 摆到 C2D，其所用时间为 t1；当曲柄由 AB2 位置转到 AB1 位置时，转角为 180°-θ，摇杆由 C2D 摆到 C1D，其所用时间为 t2。摇杆往复摆动所用的时间不等（t1>t2），平均速度不等，返回时速度快，机构的这种性质称为急回特性。 机构的急回特性可用行程速比系数 K 表示，即 式中　v1、v2——摇杆的平均往返速度。 上式表明，当机构有极位夹角θ时，则机构有急回特性；极位夹角θ越大，机构的急回特性越明显；极位夹角θ=0°时，机构往返所用的时间相同，机构无急回特性。 134 2 2．死点位置 如上图中，取摇杆为主动件，当摇杆摆到极限位置 C1D 和 C2D 时，连杆 BC 和曲柄 AB 共线，机构的这种位置称为死点位置。 为了消除死点位置的不良影响，可对曲柄施加额外的力，或利用飞轮及构件自身的惯性作用来保证机构顺利通过死点位置。 缝纫机的踏板机构会出现踏不动或带轮反转的现象，就是因为机构处于死点位置。正常运转时，可借助带轮的惯性作用，使机构顺利通过死点位置。 135 2 3．压力角和传动角 工程应用中，不仅要求四杆机构能实现预定的运动规律，还应具有良好的传力性能，以提高机械的效率。 136 压力角和传动角 2 课题 二 凸 轮 机 构 137 7 学习目标 1．能掌握凸轮机构的分类、特点及应用。 2．能叙述凸轮机构从动件的运动规律。 138 2  相关知识 一、凸轮机构的组成 凸轮机构是依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件做有规律的直线往复运动（直动）或摆动的。凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律。 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常做等速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件得到所预期的运动规律。它广泛应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。 139 2 140 凸轮机构示意图 1—凸轮　2—从动件　3—机架 2 二、凸轮机构的分类、特点和应用 凸轮机构常见的分类方法见下表。 141 凸轮机构的类型与特点 2 142 凸轮机构的类型与特点 2 143 凸轮机构的类型与特点 2 三、从动件常用的运动规律 1．基本参数 如图所示为一尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构，其基本参数如下。 144 凸轮机构的基本参数 2 （1）基圆：以凸轮的最小半径 rb 为半径所作的圆称为凸轮的基圆，rb 为基圆半径。 （2）行程：当凸轮以逆时针方向转过 AB 段时，从动件尖顶由距回转中心最近点 A 到达最远点 B，从动件所走过的距离 h 称为行程，而这一过程称为推程。 （3）推程运动角：与推程相对应的凸轮转角 φ1为推程运动角。 （4）远休止角：当凸轮继续回转 φs 时，BC 弧段与尖顶相作用，从动件在最远位置处停留不动，φs 称为远休止角。 145 2 （5）回程：当凸轮转过角度 φ2，从动件又由最远位置 C 点回到最近位置 D 点，这一过程称为回程。 （6）回程运动角：与此相对应凸轮转角 φ2 称为回程运动角。 （7）近休止角：凸轮再转过角度 φ′s，从动件的尖端和凸轮上以 rb 为半径的 DA 段圆弧相接触，从动件在最近位置处停留不动，对应的凸轮转角 φ′s 称为近休止角。 146 2 2．从动件常用的运动规律 （1）等速运动规律 当凸轮等速转动时，从动件在运动过程中的速度是常数，这种运动规律称为等速运动规律。 （2）等加速等减速运动规律 从动件在推程前半段做等加速运动，后半段做等减速运动，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。 （3）余弦加速度运动规律 为了减少加速度的突变次数，可以采用从动件的加速度按余弦曲线变化的运动规律。 147 2 课题 三 变速和变向机构 148 7 学习目标 1．掌握变速机构、变向机构的概念。 2．掌握汽车变速器的变速和变向过程。 149 2  相关知识 一、基本概念 1．变速机构 变速机构是指在输入轴转速不变的情况下，使输出轴得到不同转速的传动装置。具体功能是： （1）可改变传动比，增大输出力矩和扩大速度的变化范围。 （2）可改变机构的运动方向，实现空挡和暂时停车，以适应不同的工作需要。 150 2 2．变向机构 变向机构是指在输入轴旋转方向不变的情况下，改变输出轴旋转方向的装置。 汽车变速器就是最常用的变速、变向机构。 151 2 二、变速器原理 机械式汽车变速器主要应用了齿轮传动的变速原理。变速器内有多组传动比不同的齿轮副，汽车行驶时的换挡过程，也就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副啮合工作。通过移动接合套的位置，在低速时，让传动比大的齿轮副工作；在高速时，让传动比小的齿轮副工作。如图所示为手动变速器实物图。 152 手动变速器实物图 2 三、变速器变速、变向过程 1．一挡 如图所示，一、二挡同步器右移，使一挡齿轮与主减速器主动齿轮轴接合，将变速齿轮锁定到主减速器主动齿轮轴上。输入轴的一挡主动齿轮顺时针转动，逆时针驱动一挡从动齿轮和主减速器主动齿轮轴，汽车一挡向前行驶。 153 2 154 手动变速器的工作原理 2 2．二挡 从一挡向二挡换挡时，一、二挡同步器左移，分离一挡从动齿轮，并接合二挡从动齿轮，汽车二挡向前行驶，实现一、二挡的变速过程。 3．三挡 当一、二挡同步器接合套返回空挡后，将三、四挡同步器右移，锁定到主减速器主动齿轮轴的三挡齿轮上，汽车三挡向前行驶，实现二、三挡变速过程。 155 2 4．四挡 从三挡向四挡换挡时，三、四挡同步器左移，分离三挡从动齿轮，并接合四挡从动齿轮，汽车四挡向前行驶，实现三、四挡的变速过程。 5．五挡 当三、四挡同步器接合套返回空挡后，将五挡同步器左移，锁定到主减速器主动齿轮轴的五挡齿轮上，汽车五挡向前行驶，实现五挡变速过程。 156 2 6．倒挡 变速操纵杆位于倒挡时，倒挡惰轮同时与倒挡主动齿轮和倒挡从动齿轮啮合。倒挡从动齿轮同时又是一、二挡同步器接合套，同步器接合套带有沿其外缘加工的直齿。输入轴的倒挡主动齿轮顺时针转动，逆时针驱动倒挡惰轮，顺时针驱动倒挡从动齿轮和主减速器主动齿轮轴；倒挡惰轮改变变速齿轮的转动方向，汽车实现倒车。 157 2 $$